CN105593677B - 用于扫描检测的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于在分析物移动通过分离导管时实时地扫描和检测所述分析物的设备(30)。所述设备大体上包括：固定底座(32)；分离导管(33)，其安装在所述底座上；托架(35)，其可移动地支撑在所述底座上且被配置用来沿着所述分离导管的长度移动；集成检测器(37)，其安装在所述托架上且定位成紧邻所述分离导管；和驱动器(39)，其使所述托架相对于所述底座移动使得所述集成检测器沿着所述分离导管的所述长度来回移动。本发明还提供一种用于在分析物移动通过分离导管时实时地分析所述分析物的方法。

Description

用于扫描检测的方法和设备
相关申请的交叉参考
本申请要求2013年9月30日提交的且标题为用于空时3D检测的电导测定和光学方法的美国临时专利申请第61/884，365号的优先权，所述美国临时专利申请的全部内容出于所有目的而以引用的方式并入本文中。
关于联邦资助研究或发展的声明
本发明是在国家航空航天局授予的授权编号NNX11A066G下借助政府支持而制造。政府对本发明具有某些权利。
技术领域
本发明大体上涉及一种用于检测分析物的洗脱或实时地分析沿着色谱柱移动的样本的设备和方法。所述设备包括可移动地安装在底座上以用于沿着色谱柱来回扫描以便提供关于所需分析物的洗脱的实时信息的检测器。还提供一种使用本发明的设备来检测所需分析物的方法。
背景技术
液相柱状分离属于用于当今分析化学家的骨干技术。毛细管电泳(CE)和尤其高效液相色谱法(HPLC)是两个主要实例。在任一实例中，通过流动通过管状导管的泵送的洗脱剂(例如，HPLC)或通过施加跨越管的长度施加的电场(例如，CE)来在所述导管的一端处注入样本并使其朝向所述导管的出口移动。检测器定位成朝向导管的一端(CE、毛细管HPLC)或紧接在导管之后。样本中的不同成分的分离是因为它们以不同速率移动通过柱且在不同时间到达检测器而实现。
特别是在HPLC中，为了实现具有时间效率的分离和灵敏的检测，使用称作梯度洗脱的技术，尤其是在样本含有弱保留(快速移动的)物种(的群组)和强保留物种(的群组)时。在这种情况下，在分离的初始阶段期间使用弱洗脱剂(低推动力)，使得在不同的弱保留物种之间实现分离。接着增加洗脱剂强度以洗脱强保持物种并实现其之间的分离。如果全程使用弱洗脱剂，那么强保持分析物将花费很长的时间来洗脱(如果其完全洗脱的话)且所得高峰将非常宽，从而使灵敏的检测变得困难。如果全程使用强洗脱剂，那么弱保留物种将作为群组一起洗脱而不进行区分。
存在许多模拟上述分离的程序，包含本发明者最近开发的程序。见以下参考文献(23)。此类模拟和实际生活实验指示：即使在等梯度(即，不涉及梯度)的情况下，分析物的分离也经常在分析物到达终端检测器之前很久完成，不仅浪费了时间，而且谱带在其余时间内加宽且检测灵敏度减小。在梯度洗脱中，以下情况并不罕见：如果强洗脱剂浓度增加得太快，那么在驻留于柱上时分离的一对弱保留物种最终被推动至一个未区分的高峰。很少通过推理方式处理挑选特定临时梯度程序，而是试图对此进行微调以作为不同组成物的若干连续尝试的结果。
讽刺的是，当Mikhail Tswett首先发明色谱法时，他在用CaCO3填充的玻璃柱上分离出植物色素且他能够真实地观察他的分离。尽管无可否认他在他的时代没有任何方法来量化柱上的谱带。原则上，如果你不仅能以定性的方式，而且以定量的方式以优良的灵敏度看见分离，那么无需等待直到端柱检测器看见洗脱的谱带。事实上，如果我们可以近实时地看见分离，那么其可同时更改洗脱条件以实现最佳分离和最灵敏的可能量化。
在分离过程期间的所有时间存在于柱中的不同位置的内容的定量检测/成像的概念并不是新的。就本发明者所知，术语“全柱检测”(WCD)首先由Birks和他在理论模拟方面的学生创造。见以下参考文献(1)。在具有终端分离后检测布置的传统色谱法中，独立于任何特定检测器的分析物的唯一识别标记是终端保持时间，经常依据其“保持因子”予以描述。应注意，光谱特性和有时用于识别的此类其它特性并不是色谱法固有的，信息是检测器特定的。
明显地，为了执行全柱检测，检测器必须能够“看穿”柱的围墙。早在1968年，Brumbaugh和Ackers描述“扫描凝胶色谱法”，其中使柱移动经过固定光源-检测器配置且能够监测在凝胶柱的整个长度上的分子筛分离的吸收度分布。见以下参考文献(2)。以前，移动HPLC柱(如今的泵和注入器一体地附接至HPLC柱)并不非常实用。在其第一实验论文中，Birk和他的学生使用金属包覆的玻璃柱、一侧上的在365nm下发射的长荧光灯和金属包覆物中的14对彼此相对的孔：光在一侧上进入且用另一侧上的14个个别光电二极管予以检测。见以下参考文献(3)。
尽管许多理论预测和保持因子在梯度条件下如何改变的阐明可用沿着柱的14个点的最大分辨率加以验证和示范，但性能和结果的准确度低于预期。
Pawliszyn在检测毛细管中的折射率改变时使用他的大量的先前经验以在毛细管等电聚焦(CIEF)分析系统中的15mm的有效长度上设计折射率梯度检测系统。见以下参考文献(4)。使用固定聚焦He-Ne激光源。光束由毛细管之后的透镜扩展，使得毛细管上的距离在检测器平面中放大10倍，其中扫描距离是150mm而解析度是0.1mm(适应注射泵驱动)，从而在15mm的整个分离距离上提供1500点分辨率。因为不可能按快速电泳分离所需的足够速度来移动单个检测器光电二极管，所以其借助128元件光电二极管阵列对分离毛细管的较小的(3mm)长度成像。较宽的光电二极管阵列本将允许对分离毛细管的较长部分成像，且可免除移动的光电二极管。这恰好在1994年借助氩离子激光源和1024元件CCD检测器-对25mm的毛细管(分辨率明显是1024个点)成像的25mm宽的检测器进行。见以下参考文献(5)；也见美国专利第5,395,502号。
与上文相同的概念由Beale和Sudmeier在1995年改编以用于具有激光诱导荧光性(LIF)检测的CE或CIEF。见以下参考文献(6)。他们在电动平移台上放置整个分离毛细管(最大速度50mm/s)，高达19cm的长度可在显微镜物镜的视场下。LIF系统在共焦模式中操作。其用去除了聚酰亚胺涂层的常规毛细管(具有发烟硫酸或丁烷火炬)获得比具有UV透明涂层的硅石毛细管更好的结果。他们注意到，在内孔＜75μm的情况下，其变得非常难以在毛细管内维持激光聚焦，这极大地减小信噪比(S/N)。
也应注意，很少物质具有自体荧光性。依赖于LIF的任何分析系统必须经历先前衍生作用。没有合适的衍生化学可存在；至少，这表示额外棘手步骤。荧光性在重复扫描下的光致褪色也是一个问题，尤其是对于强光源。
在1996年，Preisler和Yeung用Ar激光和平凸镜照明232mm的毛细管。见以下参考文献(7)。通过配备有适当的发射滤光器的垂直安装的578元件CCD阵列监测整个照明的区域。
其仅监测荧光带/正面的移动以确定流动速度，但原则上，这将允许在已概述警告的情况下监测可被制造以借助特定激光源发荧光的分析物的分离。在此之前，在1994年，布置由Wu和Pawliszyn示范，其中输入光由光纤阵列耦合至毛细管，但灵敏度较差，这是因为光耦合并不高效。见以下参考文献(4)。
在1998年，基于Pawilszyn的作品，加拿大的Convergent Biosciences使成像CIEF检测系统商业化，所述系统使用光纤阵列来使280nm的UV光从氙气灯进入具有宽为50μm且长为5cm的孔隙的毛细管盒中。
透射光由CCD阵列读取。此仪器(iCE280)仍如此且作为较精心设计的iCE3系统的部分销售。
在2001年，在其评审CE和CIEF中的成像检测时，Wu等人概述了那个时代的领域的状态。见以下参考文献(8)。论文中示出照明和检测的受喜爱的一般布置，无论是通过透射率还是荧光性；iCE280布置不在此类别中。
相信iCE280是迄今为止供应全柱或成像检测的唯一商业仪器，且其理想地仅适合于总分离距离较小(例如，对于iCE280是5cm)时。这可适用于CIEF中，但存在很少可接受此的其它技术。
完全不同的方法是可能的，其中液芯波导(LCW)用于吸收度和荧光性检测。LCW是管子或导管，其中壁由皆在所关注波长区中光学上透明的材料组成。
光可以相对小的损耗进行通过长的LCW毛细管。如果此类毛细管被轴向地照明并监测穿过毛细管的整个长度的光，那么只要注入样本，光透射就会因为样本中存在的光吸收组分而下降。信号将保持不变，直到最早的洗脱组分离开检测路径-透射光将升高那个量。如果将此数据描绘为吸收度对时间，那么输出将类似于向下的台阶情况，其中从每一阶到另一阶的过渡描绘分析物的洗脱。较常规的色谱图或电泳图可通过按时间区分信号来获得。
尽管此概念是用常规毛细管(其损失更多光，见以下参考文献9)予以示范，但过程借助LCW毛细管(见以下参考文献10)变得更实用。然而，此系统具有众多困难。尽管大的吸收高峰可完全分离，但其在信号中一起出现。如果小的首先洗脱，那么其量化准确度受将一个大数从另一大数减去的需要的限制。区分放大噪声。许多时间检测是用光路径中的许多吸收组分完成的，这减少光通过量并增加检测器噪声。
借助液芯波导管进行的荧光性检测具有更多可能性。如果激发光径向地入射在毛细管上，那么未吸收的入射辐射主要通过壁传出。相比之下，发射的荧光的很大部分沿着管子向下进行，其中其可由耦合至光电检测器的光纤或直接由光电检测器拾取。见以下参考文献(11)和(12)。
替代于试图沿着其长度均匀地照明管子，可沿着分离毛细管扫描(通过空间或由光纤耦合)激光束，从而揭示具有荧光标志的分析物所位于的地方。在2002年，Olivares等人描述了此系统并在12cm的扫描长度上将其用于CE和CIEF。见以下参考文献(13)。
除了已提到的荧光性检测的一般问题之外，此布置还存在一些复杂情况。除了分析物是最接近检测器的分析物时，被引出且行进至检测器的任何荧光必须行进穿过其与检测器之间的其它分析物谱带，且光将因吸收而损失，从而使量化复杂。
轴向光和径向光的角色可颠倒。可以轴向地照明LCW且可由成像检测器/相机读取离开壁的荧光辐射。见以下参考文献(14)。此配置的其它应用由第一作者在2005年的评审中进行论述。见以下参考文献(15)。然而，此配置甚至比刚刚从因为通过先于分析物区进行吸收而产生的轴向光损失论述的配置具有更多问题，且准确的量化是困难的。这在美国专利第6,852,206号中进行描述，但出于以上理由，绝不商业化。
Lin等人在2008年描述了与Wu和Pawliszyn的1992年的论文(见以下参考文献(4))在以下方面类似的方法：柱沿着其长度被均匀地照明，且与柱的一部分对齐的检测器(在此情况下是CCD阵列，而不是光电检测器)向前移动(在此情况下通过光学扫描驱动，而不是注射泵驱动)。见以下参考文献(16)。然而，其使用的不是开放的管状毛细管，而是具有10μm的十八烷基硅烷键合硅石颗粒的内径3mm的玻璃管。此接着插入至不锈钢管中，其中相对侧上的窗口切入其中。作者陈述系统准许0.3mm的分辨率。如同在参考文献(4)中描述的设备，柱中和外的光耦合是通过空间进行的。
重要的是应注意，在梯度洗脱期间，分析物全程不会以恒定速度移动：分析物的整个旅程-就像分析物的二维空间-时间转变图-可充当更特定和有差别的标记，而不是对给定分析物何时“完成竞赛”的一维规定。
当前，对色谱的检测是在固定位置进行，通常在从柱洗脱之后进行。这意味着不仅我们必须等待一段时间使所有分析物洗脱，而且用以执行分离的时间效率较低。这是因为以下事实：尽管分离可在柱的前10％完成，但其在到达检测器之前是未知的。另外，如果使用梯度洗脱方法，那么可能在洗脱剂强度增加之前使分析物分离，但在应用较强洗脱剂时将其共同洗脱。
需要一种用于实时地检测分析物沿着分离导管的洗脱，从而允许给定样本中的分析物的较高效的分离和检测的系统。
发明内容
本发明提供一种用于在分析物沿着分离导管移动时实时地检测分析物的系统。分离导管可以是装填的柱或开放的管柱。检测方法可以是电导测定(导电或导纳)、光学检测(吸收度或荧光性)，或其组合。检测器与分离导管密切地接触且沿着导管来回重复地移动，从而提供沿着导管移动的样本的实时扫描。高精度步进马达驱动可用以使检测器沿着导管来回移动。重复的扫描提供移动通过导管的分析物的实时观察。
本发明的一个方面涉及[关于最终权利要求的模型]。
本发明的另一方面涉及[关于最终权利要求的模型]。
在操作中，本发明的检测器以高分辨率沿着分离导管来回重复地移动。一般来说，在分析物注入之前执行初始扫描并加以存储，使得其可在分析物注入之后从所有后续扫描减去。初始的或空白的扫描可包含依赖于时间和空间的数据，其被存储且在分析物注入之后从所有对应扫描减去。
本发明的方法和设备具有其它特征和优点，其从并入本文中的附图和以下具体实施方式将显而易见或在附图和以下具体实施方式中进行更详细地阐述，附图和具体实施方式一起用以解释本发明的某些原理。
附图说明
图1A、图1B、图1C和图1D说明根据本发明的示范性集成检测设备，其中在沿着分离导管的长度的连续位置示出集成检测器。
图2A和图2B是图1A的本发明的设备的示意性侧视图和俯视图。
图3是图1的设备的其它方面的示意图。
图4A、图4B和图4C说明图2的设备的示范性集成检测器的俯视图、放大图和侧视图。
图5A和图5B分别说明远离样本注入器和朝向样本注入器扫描的沿着分离导管的集成检测器的扫描。
图6A、图6B、图6C、图6D、图6E、图6F、图6G、图6H、图6I、图6J、图6K和图6L说明由图2的设备的集成检测器扫描的分离的逐步发展。
图7说明可并入至根据本发明的集成检测器中的示范性四极结构。
图8A和图8B说明可结合以上集成检测设备使用的光学检测器。
图9说明根据本发明的示范性导纳检测器设备。
图10说明沿着分离导管的图9的导纳检测器的扫描。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的各种实施例，其实例在附图中进行说明并在下文进行描述。尽管将结合示范性实施例描述本发明，但应理解，本发明无意将本发明限于那些示范性实施例。相反地，本发明旨在不仅涵盖示范性实施例，而且涵盖各种替代方案、修改、等效物和其它实施例，其可包含在如由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内。
除非本发明另有明确要求，否则术语“一”被定义为一个或多个。术语“实质上”被定义为主要但未必指定的全部内容(且包含指定的内容；例如，实质上90度包含90度，且实质上平行包含平行)，如本领域技术人员所理解。在任何公开的实施例中，术语“实质上”、“大致”和“约”可用指定的内容“的[百分比]内”取代，其中百分比包含百分之0.1、1、5和10。
另外，用某种方式配置的装置或系统至少用那种方式配置，但其也可用除了特定地描述的方式之外的其它方式配置。
术语“包括(comprise/comprises/comprising)”、“具有(have/has/having)”、“包含(include/includes/including)”和“含有(contain/contains/containing)”是开放型连接动词。因此，“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或多个元件的设备拥有那些一个或多个元件，但不限于仅拥有那些元件。同样，“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或多个步骤的方法拥有那些一个或多个步骤，但不限于仅拥有那些一个或多个步骤。
即使未描述或说明，一个实施例的特征也可应用于其它实施例，除非本公开或实施例的性质明确地禁止。
当Chester Carlson在1938年发明干式再现过程时，他将其称作电子照相术。它后来被Haloid Corp.重命名为静电印刷术(后来为静电复印)。整个图像是在Carlson的发明中立刻产生的。这也是用于早期静电复印机的技术。如今，我们知道扫描成像仪提供较大分辨率和保真度。在扫描仪和复印机中使用相同原理。本发明的某些方面采用此基本原理来设计用于开放的和装填的毛细管色谱系统的检测系统。根据本发明的各方面，装填的毛细管可包含用无机氟石掺杂的分离包。辐射吸收分析物可减少到达氟石的光，且吸收分析物可作为阴性荧光信号出现。
现在转向附图，其中相似组件在所有各图中用相似参考数字指示，注意图1，其说明用于实时地扫描和检测分析物的示范性设备，且其中设备大体上用数字30指示。设备大体上包含：固定底座32；分离导管33(见图2A)，其安装在底座上；托架35，其可移动地支撑在底座上且被配置用来沿着分离导管的长度移动；集成检测器37，其安装在托架上且定位成紧邻分离导管；和驱动器39，其使托架相对于底座移动使得集成检测器沿着分离导管的长度来回移动。集成检测器被配置用来扫描分离导管并在分析物移动通过分离导管时检测分析物。
在各方面，本发明的底座/托架组合件类似于被配置用于使扫描头相对于平板来回移动的其它常规平板扫描仪硬件。举例来说，相对便宜的现有平板扫描仪硬件当前提供9600dpi分辨率，其中每一dpi步等效于2.65μm。因此，本发明的示范性集成检测设备30用以使托架35和上面的集成检测器37沿着分离导管33的长度以精密步长来回移动，如图1A至图1D和图2A中所示。
如图2A和图2B中所示，固定底座32包含线性滑动台，托架35可在线性滑动台上面在线性方向上移动。“固定底座”仅仅是相对术语，这在于固定底座32是不移动的平台，分离导管33安装至固定底座32，且固定底座32上的托架在分离导管上并沿着分离导管的长度移动。我们将了解，固定底座(和一般来说设备30)可以是桌上组合件或独立组合件。
托架或可移动台可通过线性滑动件40安装至固定底座，线性滑动件实质上平行于分离导管延伸。线性滑动件可以呈轨道、杆子、导轨、轴承组合件或适合于使所有托架相对于底座自由地滑动的其它构件的形式。
集成检测器37安装在托架上，使得检测器沿着分离导管33移动。集成检测器包含激发源和对应传感器，其作为单元一起工作，从而一起沿着分离导管滑动。在各种实施例中，集成检测器可以是电导测定(传导或导纳)检测器，其包含激发电极和对应拾取电极。在各种实施例中，集成检测器可以是光学检测器(吸收度或荧光性)，其包含光源和对应传感器。且在各种实施例中，集成检测器可包含其组合。在所说明的实施例中，分离导管是毛细管柱，我们将了解，其可能适合用于色谱、毛细管电泳和位于分离导管内的样本和材料的其它分析。
参看图3，设备包含：压力源42，其用于通过注入阀44将洗脱剂泵送至分离导管33中并通过分离导管33；和样本阀46，其将样本引入至行进通过分离导管的洗脱剂中。在所说明的实施例中，压力源是由压缩气体加压的压力容器，然而，我们将了解，可使用其它合适的构件，包含但不限于注射器和/或其它形式的机械泵。
驱动器39被配置用来使托架沿着线性滑动件相对于底座以及分离导管精密地移动。驱动器可以呈步进马达的形式，其允许托架以精密的增量移动，例如上述2.65μm。我们将了解，步进马达可被配置用来使托架以其它增量移动，这取决于所需保真度以及马达和其它组件的配置。
驱动器又由合适的控制器47操作。计算机和/或其它合适的微处理器可被配置用来致动驱动器以精密地控制托架和检测器沿着分离导管的长度的移动。根据本发明，驱动器可使托架和检测器沿着分离导管的整个可检测长度向前和/或向后移动，以便扫掠和扫描整个可检测长度，或驱动器可被配置用来使托架沿着分离导管的可检测长度的那个部分间歇地来回移动。举例来说，如果导管长度是0至100个单元，那么示范性扫描序列可以是0至10、0至12、1至14、1至16、2至28等，直到已扫描导管的可检测长度为止。我们将了解，驱动器可被控制以沿着连续部分、重叠部分或其组合扫描托架和检测器以便集中在沿着导管的可检测长度的特定关注部分上。我们还将了解，驱动器可被控制以执行导管的可检测长度(或其部分)的多个扫描。
参看图4A、图4B和图4C，分离导管33穿过集成检测器37。检测器可配备有两个紧贴配合的不锈钢管状电极，其由任一侧上具有绝缘带的中心接地平面金属箔分离。在所说明的实施例中，有效电极分离是约300μm，然而，我们将了解，其它材料和分离距离可取决于所需配置而变化。
管状电极包含激发电极49和拾取电极51，其由中心接地平面，即由接地平面电极或屏蔽物53分离。我们将了解，电极的特定大小和形状可变化，举例来说，激发电极和拾取电极可具有U形或其它合适的形状。
在各种实施例中，可使用四极电极配置，如图7所示。利用四个电极，包含用于激发的一对，用于拾取的一对。此类配置已示出为提供好四倍的信噪比。
在操作中，激发电极通过分离导管的壁激发分离导管内的含有分析物的液体，且那个激发正行进至屏蔽物的另一侧并通过分离导管的壁操作地耦合至拾取电极。因此，可使用激发/拾取电极组合来检测离子的移动性或含有分析物的液体的电导性。
在所描述的集成检测器的示范性结构的情况下，现在可论述检测器的操作。
电导性是溶液中的离子的特点性质，且许多离子(诸如硫酸盐、高氯酸盐、甲磺酸盐、钠、钾等)没有有用的光吸收。即使普遍存在的氯化物的吸收非常弱且在溶剂吸收变得显著的波长下。另外，大多数此类离子不能在化学上转化/衍生为光学可检测形式。换句话说，光学检测不是多种分析物的选项。
在要求开放的或装填的柱的内部可从外部探查的成像方面，长久以来知道交变的激发电压可穿透大多数介电材料(聚合物、玻璃等)。最初，此技术称作振量法(见例如振量法和电导测定法，Erno Pungor，Pergamon，1965)，其中相对高的频率(几百kHz至几MHz)与玻璃容器一起使用。目前，技术更普遍地称作电容耦合非接触式电导性检测(C4D)。术语稍微有点误导，这在于电极可能与流体不接触，但其与含有流体的壁接触。另外，此类检测器不会真实地测量溶液的电导，而是其导纳(阻抗的倒数)、依赖于频率的量。对于给定系统，导纳信号将仅在有限频率和电导范围内与实际电导性相关。然而，为了符合目前的使用，我们在下文中将此类检测器称作C4D，但其更正确地将称作导纳检测器。以其最简单且目前为止在1998年引入的较普遍的形式，其与玻璃或硅石毛细管一起使用，其中环形电极通常相隔-1mm。见以下参考文献(17)。交变的探查电压施加在一个电极上(已使用高频率和低频率两者)，其行进穿过管壁，由溶液电阻衰减且接着再次行进穿过壁以由第二电极拾取且接着被放大和整流。输出电压因此与电极之间的溶液的电阻反相关。C4D和其应用最近已在2013年由Kuban和Hauser重复评审。见以下参考文献(18)。
尽管CE或HPLC分离的成像尚未通过C4D完成，但Paull的小组的一些工作值得讨论。在2008年，其描述了以下事实：通过沿着装填的毛细管柱的长度手动地移动此类检测器并停止和注意检测器输出，有可能评估柱被装填的均匀程度。见以下参考文献(19)。在我们的实验中，事实上没有柱(实际上不管装填得多好)会在柱上的所有位置产生完全相同的检测器输出。这些变化是实质的且仅在装填不均一存在时被极大地强调。因此，仅通过看检测器输出，变得有可能仅在相对高的分析物浓度下检测分析物的存在。在这些限制内，再次通过将检测器手动地移动至柱上的不同位置(其中任何地方的分辨率在1与15mm之间)，停止并获取读数，其能够评估在沿着柱向下移动时(分离地)注入的亚硝酸盐和硝酸盐高峰如何加宽。见以下参考文献(19)和(20)。在较近的论文中，其从不同单体制造整体柱且示出(再次通过沿着柱手动地移动检测器)不同信号是在使用不同单体时获得的。见以下参考文献(22)。
测量两个探查电极之间的电容的非常高的分辨率电容至电压(C2V)数字转换器迟早可便宜地获得。
根据本发明的各方面，与用于C4D的电极类似的电极可连接至便宜的C2V装置且此事实上充当电导性检测器。见例如以下参考文献(23)。
现在转向图5A和图5B，可处理并分析沿着分离导管的可检测长度的每一扫描以提供穿过分离导管的分析物的图形表示。图5A和图5B是示出针对八个连续扫描的沿着分离导管的可检测长度穿过分离柱的样本的所检测的扫描响应的三维图。水平X轴表示检测器沿着分离导管或柱的可检测长度的位置，垂直Y轴表示由集成检测器在沿着可检测长度的任何给定位置检测的以mV为单位的所测量的响应，且垂直Z轴表示沿着可检测长度的每一连续扫描的数目。
举例来说，且参看图5A，扫描3在导管的注入端(即，柱长度0)处具有显著向下的倾斜，其示出在将分析物引入至导管之前的水压冲击的开始。扫描4、5、6和7示出在水压冲击沿着导管的可检测长度向下移动或流动时的向下倾斜的进展。
类似地，且继续参看图5A，扫描5示出表示两个分析物的两个向上高峰的开始。由于分析物在水压冲击之后进入导管，因此两个高峰出现在向下倾斜的左侧。扫描6、7和8示出变得较好地定义为两个分析物在沿着分离导管的长度向下移动时分离的高峰。因而，图5A说明在对应分析物移动通过分离导管时的分离发展过程。
相比之下，图5B说明连续的“返回”扫描。显著向下倾斜再次可在返回扫描3至7中识别，且向上高峰再次可在扫描5至8中识别。当这些扫描是检测器朝向导管的注入端向后移动的“返回”扫描时，向下高峰现在处于向上高峰左侧。此颠倒是因为在检测器反向移动和扫描时检测器首先检测在分析物之前的水冲击。
图6A至图6L说明沿着导管的可检测长度的连续扫描，但不像上文论述的图5A，这些图仅示出表示每一连续扫描的个别绘制线。举例来说，在第三扫描中俘获显著高峰(图6C)，其示出为在第四扫描中沿着导管向下进展(图6D)，且在第五扫描中可在导管末端清晰地识别(图6E)。类似地，表示各种分析物的其它高峰示出为在相应分析物移动通过导管时逐渐从左至右移动。
在其它实施例中，托架35可被配置用来支撑集成光学检测器，外加或替代于上述以上集成电导测定检测器。举例来说，图8A和图8B中说明的类型的光学检测器可安装在托架上以单独地或与电导测定检测器并行地扫描分离导管。或者，此类光学检测器可与上述集成检测器并入至同一检测器主体中。提供此类光学检测器可增加本发明的检测设备的能力。
光学和C4D检测两者已与开放的和装填的毛细管柱一起使用。图8A示出荧光性检测器设计。荧光性由诸如LED、激光二极管等光源激发，或通过光纤进入沿着柱机械地移动的水平平面中。光源与毛细管之间的距离保持为最小值：然而，光被准许通过孔隙。荧光性在合适的滤光器去除杂散激发辐射之后由垂直平面中的小型光电倍增管读取。本发明的设备可不仅与荧光(或具有荧光标签的分析物)一起使用，而且呈已广泛用于薄层色谱(TLC)的间接荧光性检测的新形式。在此情况下，固定相可用在254nm或365nm的辐射下发光的无机磷光体掺杂。当任何分析物出现于在此波长下吸收的窗口中时，观察的荧光性减小。这类似于TLC的当前实践，其中当薄层分离在合适磷光体掺杂的分离介质中进行时分析物作为暗点/带出现在发光背景上。直到现在此技术尚未用于柱色谱中，这是因为分析物在从柱洗脱的溶液中被检测到，在柱本身上和沿着柱本身检测分析物的能力使此方法现在适合用于柱状分离。
吸收度检测器被独立地建构或与荧光性检测器建构在同一主体中。用于本发明的设备的各种实施例的光电检测器是光电二极管(例如，Siemens BPW34)或光电二极管-运算放大器组合(例如，Texas Advanced Optical Systems TSL257)，其通过适当的空间孔隙放置在光源的相对侧上，如图8B所示。或者，具有球状透镜的设计可用以在毛细管中和外耦合光。
在其它实施例中，设备可具备导纳检测器并被配置使得分离导管和导纳检测器中的一者相对于另一者移动，以便扫描分离导管的长度或部分长度以检测移动通过分离导管的长度的分析物。举例来说，图9的设备包含相对于C4D单元移动的毛细管。具体地说，毛细管可由注射泵在向前和相反扫描方向上移动。在所说明的配置中，Kloehn注射泵用以使毛细管以1.4mm/s(1000步/秒)的移动速度移动6.5cm的所监测长度通过基于AD7746的C4D检测器单元，其包含内径为0.54mm且长度为2.1mm的相距1.0mm的一对不锈钢管。我们将了解，根据本发明可使用其它合适的配置和尺寸。
所说明的配置用以分析具有离子液体(IL)(例如，NaCl处理柱内的三价阳离子IL)的各种厚度的熔融硅石毛细管。分析结果示于图10中。
在提供示范性程序或与上述细节互补的其它细节的程度上，以下参考文献以引用的方式特定并入：
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(19)Damian Connolly、Leon P.Barron、Eoin Gillespie和Brett Paull，非接触式电导性对毛细管LC中的装填均一性和谱带加宽的柱上表征和视觉化的使用(The Use ofContactless Conductiyity for the On-Column Characterisation and Visualisationof Packing Homogeneity and Band Broadening in Capillary LC)，Chromatographia，2009，70，915-920。
(20)Eoin Gillespie、Damian Connolly、MirekMacka、Peter Hauser和BrettPaull，具有柱上检测的用于外径为1.6mm(1/16英寸)的HPLC管道和微孔柱的非接触式电导性检测器单元的发展(Development of a Contactless Conductivity Detector Cellfor 1.6mm O.D.(1/16th inch)HPLC Tubing and Micro-Bore Columns With On-ColumnDetection)，Analyst，2008，133，1104-1110。
(21)Damian Connolly、Patrick Floris、Pavel N.Nesterenko和B.Paull，使用扫描电容耦合非接触式电导性检测(sC4D)的毛细管流动系统中的固定相的非侵入表征(Non-Invasive Characterization of Stationary Phases in Capillary Flow SystemsUsing Scanning Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection(sC4D))，TrAC：Trends in Analytical Chemistry，2010，29，870-884。
(22)Aine Moyna、DamianConnolly、Ekaterina Nesterenko、PavelN.Nesterenko和Brett Paull，亚氨基二乙酸官能化有机聚合物整料：对通过毛细管高效钳合离子色谱法进行的金属阳离子的分离的应用(Iminodiacetic Acid Functionalised OrganopolymerMonoliths：Application to the Separation of Metal Cations by Capillary High-Performance Chelation Ion Chromatography)，Anal.Bioanal.Chem.，2013，405，2207-2217。
(23)A.F.Kadjo和P.K.Dasgupta，指南：借助Microsoft Excel Macros模拟色谱(Tutorial：Simulating Chromatography with Microsoft Excel Macros)，Anal.Chim.Acta，2013，773，1-8。
已呈现本发明的特定示范性实施例的前述描述以用于说明和描述的目的。其无意为详尽的或将本发明限于公开的精确形式，且明显地，鉴于以上教示，许多修改和变化是可能的。选择和描述示范性实施例以便解释本发明的某些原理和其实际应用，进而使得本领域技术人员能够制造和利用本发明的各种示范性实施例，以及其各种替代方案和修改。希望本发明的范围由所附权利要求书和其等效物限定。

Claims (29)

1.一种用于实时地检测一个或多个分析物的洗脱的设备，其包括：
分离导管；
集成检测器，其包含激发源和传感器，两者定位成紧邻所述分离导管，其中所述集成检测器被配置用来沿着所述分离导管的长度来回移动以执行多个连续扫描；以及
驱动器，其使所述集成检测器沿着所述分离导管的所述长度移动；
其中所述集成检测器扫描所述分离导管并在分析物移动通过所述分离导管时检测所述分析物。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述分离导管是色谱柱。
3.如权利要求1所述的设备，其进一步包括：
固定底座，其中所述分离导管安装在所述底座上；
托架，其可移动地支撑在所述底座上且支撑所述集成检测器，其中所述托架被配置用来使所述集成检测器沿着所述分离导管的所述长度移动；
其中所述驱动器使所述托架和所述集成检测器沿着所述分离导管的所述长度移动。
4.如权利要求3所述的设备，其进一步包括将所述托架可移动地支撑在所述底座上的线性滑动件。
5.如权利要求1所述的设备，其中所述集成检测器是电导检测器，其包含定位成紧靠所述分离导管外部的电极。
6.如权利要求1所述的设备，其中所述集成检测器是电容检测器，其包含定位成紧靠所述分离导管外部的电极。
7.如权利要求1所述的设备，其中所述集成检测器是导纳检测器。
8.如权利要求1所述的设备，其中所述集成检测器是电容耦合非接触式电导性检测(C4D)检测器。
9.如权利要求1所述的设备，其中所述集成检测器包含设置在接地平面电极的相对侧上的激发电极和拾取电极。
10.如权利要求9所述的设备，其中所述激发电极和所述拾取电极平行于所述分离导管延伸且所述接地平面电极设置成实质上垂直于所述分离导管。
11.如权利要求1所述的设备，其中所述驱动器是步进马达。
12.如权利要求3所述的设备，其进一步包括安装在所述托架上且邻近所述分离导管定位的光学检测器。
13.如权利要求12所述的设备，其中所述光学检测器包含吸收度检测器和/或荧光性检测器。
14.如权利要求12所述的设备，其中所述集成检测器和所述光学检测器安装在同一主体中。
15.一种用于实时地检测一个或多个分析物的洗脱的方法，所述方法包括：
通过分离导管注入分析物样本，所述分析物样本含有洗脱剂或背景电解液内的分析物；以及
当所述分析物样本移动通过所述导管时通过使集成检测器沿着所述分离导管的长度来回移动来重复地扫描所述分析物样本以执行多个连续扫描；
其中存储从所述分析物样本的连续扫描获得的依赖于时间和空间的数据，且其中所述数据用以表示所述分析物样本的连续扫描。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述重复扫描步骤是在所述检测器沿着所述分离导管的所述长度在向前方向上移动时通过扫描实现。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述重复扫描步骤是在所述检测器沿着所述分离导管的所述长度在向前和返回方向上移动时通过扫描实现。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述重复扫描步骤是通过连续地扫描所述分离导管的所述长度的相应部分实现。
19.如权利要求15所述的方法，其中所述分离导管是色谱柱。
20.如权利要求15所述的方法，其中所述集成检测器通过电容耦合非接触式电导性检测(C4D)来检测所述分离导管内的所述分析物。
21.如权利要求15所述的方法，其中使用步进马达执行所述集成检测器的所述移动。
22.如权利要求15所述的方法，其中所述方法进一步包括：
在注入所述分析物样本之前预扫描所述分离导管，其中所述预扫描为 扫描流动通过所述分离导管的没有所述分析物的所述洗脱剂或背景电解液以便确定基线运行；
其中存储从所述基线运行的所述扫描获得的依赖于时间和空间的数据，且在对注入的分析物样本执行类似扫描时从每一连续扫描减去所述数据。
23.如权利要求15所述的方法，其中所述方法进一步包括：
通过所述分离导管注入校准样本，其中所述校准样本是空白的；
当所述校准样本移动通过所述分离导管时通过使所述集成检测器沿着所述分离导管移动来扫描所述校准样本；
其中存储从所述校准样本的所述扫描获得的依赖于时间和空间的数据，且从所述分析物样本的每一连续扫描减去所述数据。
24.如权利要求15所述的方法，其中所述分离导管包含用无机磷光体掺杂的固定相和窗口，所述方法进一步包括在所述分析物位于所述窗口中时测量荧光性的减小。
25.一种用于实时地检测一个或多个分析物的洗脱的设备，其包括：
分离导管；
导纳检测器，其定位成紧邻所述分离导管，其中所述导纳检测器被配置用来相对于所述分离导管移动；
驱动器，其被配置用来使所述导纳检测器沿着所述分离导管的长度来回移动以执行多个连续扫描；
其中所述导纳检测器扫描所述分离导管的长度并在分析物移动通过所述分离导管的所述长度时检测所述分析物。
26.如权利要求25所述的设备，其中所述分离导管是色谱柱。
27.如权利要求25所述的设备，其中所述导纳检测器包含定位成紧靠所述分离导管外部的电极。
28.如权利要求25所述的设备，其中所述导纳检测器是电容耦合非接触式电导性检测(C4D)检测器。
29.如权利要求25所述的设备，其中所述导纳检测器包含设置在接地平面电极的相对侧上的激发电极和拾取电极，且其中所述激发电极和所述拾取电极平行于所述分离导管延伸且所述接地平面电极设置成实质上垂直于所述分离导管。
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